sähkö toimitetaan kuluttajille monimutkaisen verkon kautta

sähkö tuotetaan voimalaitoksissa ja kulkee sähköasemien, muuntajien ja voimalinjojen monimutkaisen järjestelmän, jota kutsutaan joskus sähköntuottajia ja kuluttajia yhdistäväksi verkoksi, kautta. Useimmat paikalliset verkot on liitetty toisiinsa luotettavuuden ja kaupallisten tarkoitusten vuoksi, ja ne muodostavat suurempia ja luotettavampia verkkoja, jotka parantavat sähkönjakelun koordinointia ja suunnittelua.

Yhdysvalloissa koko sähköverkko koostuu sadoistatuhansista kilometreistä suurjännitevoimalinjoja ja miljoonista kilometreistä pienjännitevoimalinjoja jakelumuuntajineen, jotka yhdistävät tuhansia voimalaitoksia sadoille miljoonille sähköasiakkaille ympäri maata.

Sähkö tulee eri lähteistä ja erityyppisiltä tarjoajilta

kuluttajien ostaman sähkön alkuperä vaihtelee. Jotkin sähkölaitokset tuottavat kaiken myymänsä sähkön vain omistamillaan voimaloilla. Muut sähkölaitokset ostavat sähköä suoraan muilta sähkölaitoksilta, tehomarkkinoijilta ja itsenäisiltä sähköntuottajilta tai tukkumarkkinoilta, jotka järjestää alueellinen toimitusvarmuusjärjestö.

sähköalan vähittäiskaupan rakenne vaihtelee alueittain. Yritys, joka myy sinulle sähköä, voi olla voittoa tavoittelematon kunnallinen sähkölaitos; sen jäsenten omistama Sähköosuuskunta; osakkeenomistajien omistama yksityinen voittoa tavoittelematon sähkölaitos (jota usein kutsutaan sijoittajan omistamaksi sähkölaitokseksi); tai joissakin valtioissa voit ostaa sähköä sähkönmarkkinoijan kautta. Myös muutamat liittovaltion omistamat voimaviranomaiset—muun muassa Bonneville Power Administration ja Tennessee Valley Authority—tuottavat, ostavat, myyvät ja jakavat valtaa. Paikalliset sähkölaitokset käyttävät jakeluverkkoa, joka yhdistää kuluttajat sähköverkkoon sähkön lähteestä riippumatta.

sähkönjakeluprosessi

voimalaitokset tuottavat sähköä, joka toimitetaan asiakkaille siirto-ja jakelusähkölinjojen kautta. Korkeajännitteiset siirtojohdot, kuten korkeiden metallitornien välissä roikkuvat, kuljettavat sähköä pitkiä matkoja asiakkaiden tarpeisiin. Korkeajännitesähkö on tehokkaampaa ja halvempaa pitkän matkan sähkönsiirtoon. Matalajännitteinen sähkö on turvallisempaa käyttää kodeissa ja yrityksissä. Muuntajat sähköasemilla lisäävät (step up) tai vähentävät (step down) jännitteitä sopeutuakseen matkan eri vaiheisiin voimalaitoksesta pitkän matkan siirtolinjoilla jakelujohtoihin, jotka kuljettavat sähköä koteihin ja yrityksiin.

sähköverkon kehitys

1900-luvun alussa yli 4 000 yksittäistä sähkölaitosta toimi erillään toisistaan. Sähkön kysynnän kasvaessa varsinkin toisen maailmansodan jälkeen sähkölaitokset alkoivat kytkeä siirtoverkkojaan toisiinsa. Näiden yhteyksien ansiosta sähkölaitokset pystyivät jakamaan taloudellisen hyödyn rakentamalla suuria ja usein yhteisomistuksessa olevia sähköntuotantoyksiköitä palvelemaan niiden yhteenlaskettua sähköntarvetta mahdollisimman alhaisin kustannuksin. Yhteenliittäminen vähensi myös ylimääräisen tuotantokapasiteetin määrää, joka kullakin sähkölaitoksella oli oltava luotettavan palvelun varmistamiseksi huippukysynnän aikana. Ajan myötä Yhdysvalloissa kehittyi kolme suurta, toisiinsa kytkeytyvää järjestelmää.

U. S. sähköjärjestelmät ovat nyt yhteenliitettyjä

sähköverkon vakaus edellyttää, että sähkönsyöttö vastaa jatkuvasti sähköntarpeeseen, mikä puolestaan edellyttää useiden verkon eri osia ylläpitävien yksiköiden koordinointia. Paikalliset sähköverkot on liitetty toisiinsa, jotta niistä muodostuu suurempia verkkoja luotettavuuden ja kaupallisten tarkoitusten vuoksi. Ylimmällä tasolla Yhdysvaltain sähköjärjestelmä alemmissa 48 osavaltiossa koostuu kolmesta pääyhteydestä, jotka toimivat pitkälti toisistaan riippumattomina rajoitettujen sähkönsiirtojen avulla niiden välillä.

• itäinen yhteenliittymä käsittää Kalliovuorten itäpuolisen alueen ja osan Texas panhandlesta.
• Läntinen yhteenliittymä käsittää alueen Kalliovuorilta länteen.
• Electric Reliability Council of Texas (ERCOT) kattaa suurimman osan Texasista.

Yhdysvaltojen itäiset ja läntiset yhteenliitännät on yhdistetty myös Kanadan sähköverkkoon. Yhteenliitäntöjen verkkorakenne auttaa ylläpitämään verkon luotettavuutta tarjoamalla useita reittejä virralle ja antamalla generaattoreille mahdollisuuden toimittaa sähköä moniin kuormituskeskuksiin. Tämä irtisanominen auttaa ehkäisemään siirtojohdon tai voimalaitoksen toimintahäiriöitä aiheuttamasta palvelukatkoksia vähittäisasiakkaille.

Tasehallintaviranomaiset hallinnoivat verkon toimintaa

kolme yhteenliitäntää kuvaavat verkon laajamittaista fyysistä rakennetta. Sähköjärjestelmän alueellisesta toiminnasta vastaavat taseviranomaisiksi kutsutut tahot, jotka varmistavat, että sähkönsaanti vastaa jatkuvasti sähköntarvetta. Suurin osa tasehallintaviranomaisista on sähkölaitoksia, jotka ovat ottaneet tasehallintavastuun tietystä sähköjärjestelmän osasta. Kaikki Yhdysvaltain alueelliset siirtojärjestöt toimivat myös tasapainottavina viranomaisina. ERCOT on ainutlaatuinen siinä mielessä, että tasehallintaviranomainen, yhteenliitäntä ja alueellinen siirto-organisaatio ovat kaikki sama kokonaisuus ja fyysinen järjestelmä.

tasehallintaviranomainen varmistaa, että sähkön kysyntä ja tarjonta ovat hyvin tasapainossa, jotta sähköjärjestelmän turvallinen ja luotettava toiminta säilyy. Jos kysyntä ja tarjonta eivät ole tasapainossa, seurauksena voi olla paikallisia tai jopa laajoja sähkökatkoja. Tasehallintaviranomaiset ylläpitävät sähköjärjestelmän asianmukaisia toimintaolosuhteita varmistamalla, että käytettävissä on riittävästi sähköä odotettavissa olevan kysynnän tyydyttämiseksi, mihin sisältyy sähkönsiirtojen hallinnointi muiden tasehallintaviranomaisten kanssa.

Sähkövarmuusorganisaatiot asettavat standardit verkon toiminnalle

sähkölaitokset vastaavat järjestelmiensä turvallisuuden ylläpidosta ja asiakkaidensa tulevien sähköntarpeiden suunnittelusta. Aluksi sähköteollisuus kehitti vapaaehtoisia standardeja varmistaakseen yhteenliittämistoimien koordinoinnin. Nykyään on käytössä pakolliset luotettavuusstandardit sähköjärjestelmien suunnittelu-ja käyttöjärjestelmille sekä kriittisen sähköinfrastruktuurin turvallisuushuolien käsittelylle. North American Electric Reliability Corporation on kehittänyt ja valvoo Federal Energy Regulatory Commissionin (FERC) hyväksymiä pakollisia sähköverkon luotettavuusstandardeja. Kanadassa tätä tehtävää hoitavat kanadalaiset sääntelyviranomaiset.

älysähkömittari

lähde: Varastokuvaus (copyrighted)

sähköverkon haasteet

sähköinfrastruktuurin rakentaminen Yhdysvalloissa alkoi 1900-luvun alussa ja investointeja vauhdittivat Uusi siirtotekniikka, keskusasemien tuotantolaitokset ja kasvava sähköntarve erityisesti toisen maailmansodan jälkeen. Nyt osa vanhemmista, nykyisistä siirto-ja jakelulinjoista on tullut käyttöikänsä päähän, ja niitä on vaihdettava tai parannettava. Uusia voimalinjoja tarvitaan myös sähköjärjestelmän yleisen luotettavuuden ylläpitämiseksi ja yhteyksien luomiseksi uusiin uusiutuviin energiantuotantoresursseihin, kuten tuuli-ja aurinkovoimaan, jotka sijaitsevat usein kaukana siitä, mihin sähköntarve on keskittynyt.

kantaverkon infrastruktuurin parantamisessa on useita haasteita:

• uusien siirtojohtojen sijoittaminen (uusien reittien hyväksyminen ja tarvittavien maa-alueiden käyttöoikeuksien saaminen)
• määrittämällä tasapuolinen lähestymistapa yhteen osavaltioon rakennetun uuden siirtojohdon rakennuskustannusten kattamiseksi, kun ratayhteys hyödyttää muiden osavaltioiden kuluttajia
• käsittelee liittovaltion asetuksiin sisältyvää epävarmuutta siitä, kuka on vastuussa uusien siirtojohtojen maksamisesta, mikä vaikuttaa yksityisen sektorin kykyyn kerätä rahaa siirtojohtojen rakentamiseen
• energiantuotantopaikat, joissa sijaitsevat laadukkaat tuuli – ja aurinkovarannot, jotka ovat usein kaukana siitä, missä sähkön kysyntä on keskittynyt
• suojaten verkkoa fyysisiltä ja kyberhyökkäyksiltä

Viimeksi tarkasteltu: 22. lokakuuta 2020